常见的测量方法

    3．2．1　常见的测量方法

    1）直读法

    在交流电路被测阻抗两端加上交流电压，电路电流也同样与被测阻抗相对应。如果接交流电流表，电流表的标尺也可以用电感或电容刻度，形成直读式的电感和电容测量仪，例如有的万用表内附振荡器作为交流电源，用这种方法直接测量L、C的数值。直读法测量交流参数只适合于纯电感或纯电容元件。对于寄生电阻较大的电感或漏电电阻较小的电容元件读出的都是阻抗值，而不是L或C的值。

    测量交流参数的电桥有变压器电桥和阻抗电桥两种。

    2）谐振法

    谐振法是利用谐振原理进行的测量，适于测量电感和电容。谐振法有串联、并联两种谐振测量电路。

    如图3．7所示为并联谐振的测量电路，未接入C_x时，由已知电感L_s和已知电容C_s组成一个谐振回路，并外加电源电压，调节C_s使它工作于谐振状态。设标准电容C_s为C_s1值时谐振，则有：

    

    

    

    图3．7　谐振法测量电感、电容的电路

    测量时将被测电容C_x与回路并联，如果不改变电源频率，则回路失谐，重新调节C_s，设为C_s2时回路恢复到谐振状态，则有：

    

    则有C_x值等于C_s的变化量：

    

    如果被测量为电感L_x，则

    

    式中：C_s1为未失去谐振前回路已知电容；C_s2为失去谐振状态后重新调谐、回路恢复谐振时的已知电容。

    也可以在C_s的调节旋钮上直接刻上C_x、Lx的值，不用计算就可以直接读出被测量的值。

    3）伏安法测电感或电容

    伏安法同样可以测量电感或电容。以测量电感为例，加直流电源，测量电感元件端电压和其中的电流。由于电感元件在直流时不起感抗作用，则电压降在电感元件的等效电阻上。根据测出的电压表和电流表的读数计算电感元件的直流等效电阻Rx值，即

    

    其中：U₀为直流电压表的读数；I₀为直流电流表的读数。

    然后加交流电源，电感元件和等效电阻均起作用，从交流电压表读出电压有效值U和从交流电流表读出电流有效值I，求得：

    

    

    式中：f为交流电源的频率。

    伏安法测电感或电容的主要特点是设备简单，只需要能测交、直流的电压表和电流表即可，且可以在被测元件通电状态下进行测量。它的优点是能测铁心类电感，缺点是误差较大，除了仪表误差外，还有方法误差。为了减少误差，要求电压表的内阻R_V要大，电流表的内阻R_A要小。

    4）三表法测交流阻抗

    三表法是指用电流表、电压表、功率表测量交流参数L、C、R、M的方法，测量电路如图3．8所示，Z_x为被测阻抗。

    

    

    图3．8　三表法测量交流阻抗的电路

    若不计仪表本身的内阻，则被测阻抗的电阻R_x和电抗Xx可分别由下式求得：

    

    

    式中：U、I、P分别为电压表、电流表、功率表的读数。

    若被测阻抗的电抗分量为纯感抗，则从式（3．24）可求得电感值为：

    

    若被测阻抗的电抗分量为纯容抗，则从式（3．24）可求得电容值为：

    

    若被测阻抗的电抗分量中既有感抗又有容抗，且两者是可分的，则可以分别测出其压降，然后分别算出电感和电容的数值。

    若考虑到仪表本身内阻，也有电压表前接和后接之分。按图3．8，被测电阻应从测出的电阻值中扣除仪表内阻，即

    

    式中：R_x′为从测量中得到的P、U、I值计算出来的电阻；R_A为电流表内阻；R_WA为功率表电流线圈的内阻。

    同样，被测阻抗应从测出的阻抗中扣除仪表的内阻抗，即

    

    式中：X_x′为从测量中得到的P、U、I值计算出来的电抗；X_A为电流表内电抗；X_WA为功率表电流线圈的内电抗。

    若电压表后接，也要考虑扣除仪表的内阻抗问题。前者在被测线圈阻抗较高时采用，后者在被测线圈阻抗较低时采用。这种方法较方便，当准确度不高时，可以在线圈中有工作电流通过的情况下进行测量，可用来测量铁心线圈的参数。

    现在大部分数字直读式电路参数测试仪都做成携带式，例如可携式电容测量仪，用专用集成电路制成的参数测量仪价格便宜、结构简单、精度较高，使得电路参数测量仪器产生了革命性的变化。

    各种阻抗测量方法的比较如表3．2所示。

    

    表3．2　阻抗测量方法的比较